本发明专利技术提供了一种600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢，它的化学成分按质量百分数计为：C:0.05％～0.20％，Mn:0.50％～2.00％，Si:0.05～0.50％；Al:3.0～8.0％，Nb:0.02～0.10％，P≤0.015％，S≤0.010％，N≤0.008％，Ca:0.0001‑0.10％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明专利技术通过成分和工艺的组合控制，可以实现轻质钢的高抗拉强度、高屈强比、优秀的冷弯性能，并降低了密度，对冶炼、轧制过程的控制也相对简单，极大提高生产效率和过程成本的控制。
600MPa grade high strength to strength ratio hot rolled high strength lightweight steel and its manufacturing method
The invention provides a 600MPa high yield ratio of hot-rolled high-strength lightweight steel, and its chemical components by mass percent: C:0.05% ~ 0.20%, Mn:0.50% ~ 2%, Si:0.05 ~ 0.50%; Al:3.0 ~ 8%, Nb:0.02 ~ 0.10%, P = 0.015%, S = 0.010%, N = 0.008%, Ca:0.0001 0.10%, impurity the rest is Fe and the inevitable. The present invention is controlled by the composition and process, can realize the lightweight steel high tensile strength and high yield ratio, excellent bending performance, and reduce the density of smelting and rolling process is relatively simple, greatly improve the production efficiency and cost control.
【技术实现步骤摘要】
600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢及其制造方法
本专利技术涉及轻质钢制造领域，具体地指一种600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢及其制造方法。
技术介绍
近年来，随着汽车节能减排技术的推进，汽车轻量化成为一种发展趋势。汽车材料轻量化通常采用两种方式实现，一种方法是通过采用薄规格高强钢来降低钢材的用量，而另一种方法则是通过降低钢材的密度来降低钢材的重量，从而降低钢材的用量。在第二种方法中，由于Al合金具有密度小、原子半径大的特点，因此Al成为降低密度的关键合金，为了使钢材密度降低4％以上，一般钢中会添加3％以上的Al。同时为了提高钢材的塑性，使钢中含有一定的残余奥氏体，使钢材在变形过程中产生TRIP或者TWIP效应，钢中还添加有较多的Mn、Ni等合金元素。因此现有技术中一般存在如下问题：一方面，大量Mn、Ni等合金元素的添加导致这类低密度钢一直在δ铁素体和γ奥氏体两相区轧制，造成钢材的带状组织严重，进而使材料产生各项异性，容易产生冷弯开裂等问题。为了减轻带状组织，这类产品通常需要采用多道次的冷轧及退火，但效果仍然不理想。另一方面，这类钢的屈强比通常较低，一般低于0.80，不能满足高屈强比的用途。此外，在实现钢材低密度的方法中，也有通过添加6～9％的Al，并降低钢材中的碳至几个PPm级，并添加少量的Mn，采用冷轧、退火的方式来生产厚度0.5～2.0mm的产品，但其抗拉强度550MPa以下，屈强比在0.80以下。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢，它不仅质量轻，而且抗拉强度高、屈强比高。为实现上述目的，本专利技术提供一种600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢，它的化学成分按质量百分数计为：C:0.05％～0.20％，Mn:0.50％～2.00％，Si:0.05～0.50％；Al:3.0～8.0％，Nb:0.02～0.10％，P≤0.015％，S≤0.010％，N≤0.008％，Ca:0.0001～0.10％，其余为Fe及不可避免的杂质。并且，所述轻质钢中的C、Al、Mn、Nb的质量百分数满足0.10≤(15C+0.5Mn)/(Al+10Nb)≤0.40，Mn/Al≤0.25。本专利技术中各元素及主要工艺的作用及机理：C：碳在钢中起固溶强化作用，或与钢中的Nb等碳化物形成元素形成MC细小颗粒，起到析出强化和细化晶粒的作用，提高钢材的强度。但碳含量过高容易在钢中形成过多的珠光体，降低钢材的屈强比，进而降低钢材的韧性，且碳含量过高，钢中易于形成带状组织，导致钢材的成型性能和焊接性能下降，因此本专利技术中的C含量选择为0.05％～0.20％，更优选为0.05～0.15％。Mn：Mn在钢中起固溶强化和稳定奥氏体的作用，有利于提高钢材的屈强比。含量过低，强化作用太小。Mn含量过高容易导致钢中奥氏体含量增多，从而增加钢中珠光体等第二相组织的比例，不利于得到铁素体组织。另外，Mn含量过高也容易导致钢中形成带状组织，导致材料在冷弯成型过程中容易开裂，因此本专利技术Mn含量为0.50～2.00％。Al：Al为轻质元素，由于其原子质量小且比铁原子半径大，可有效降低钢材的密度，因此为轻质钢的主要添加元素，Al也是铁素体形成元素，促进钢中铁素体的形成。但Al元素含量过高会形成FeAl间化合物，降低钢材韧性。因此本专利技术中Al含量为3.0～8.0％，更优选为4.0～6.5％。Si：Si在钢中起固溶强化作用，Si含量过低，固溶强化效果不明显，但Si含量过高对表面质量产生不利影响，因此本专利技术Si含量为0.05～0.50％。Nb：Nb在钢中起到固溶强化作用，与钢中的C、N结合形成NbC和NbN，起到析出强化的作用，而且Nb为强铁素体形成元素，有利于钢中形成铁素体组织，但Nb含量过高会增加轧制负荷，使轧制难以进行，且Nb为贵重金属，Nb含量过高会大大增加钢材的制造成本，因此本专利技术中Nb的含量为0.02～0.10％。本专利技术中C、Al、Mn、Nb元素含量需满足0.10≤(15C+0.5Mn)/(Al+10Nb)≤0.40，Mn/Al≤0.25。当0.10≤(15C+0.5Mn)/(Al+10Nb)≤0.40，Mn/Al≤0.25时，可保证钢中的铁素体组织≥99％，保证钢材的强度和韧性，且能有效提高钢材的焊接性能。优选为0.15≤(15C+0.5Mn)/(Al+10Nb)≤0.40。P：P为钢中的杂质元素，易于在晶界偏聚，影响产品的韧性，因此其含量越低越好。根据实际控制水平，应控制在0.015％以下。S：S为钢中的杂质元素，易在晶界产生偏聚，且与钢中的Fe形成低熔点的FeS，降低钢材的韧性，炼钢时应充分去除，应控制在0.010％以内。N：N为钢中的杂质元素，降低钢材的韧性，容易和钢中Al、Nb形成AlN和NbN，含量过高，易形成粗大的AlN和NbN，因此尽量降低其含量，应控制在0.008％以下。Ca：一定含量的钙可改善钢中夹杂物的状态，从而有利于提高钢的韧性，因此本专利技术中Ca为0.0001～0.0050％。本专利技术的另一个目的是上述600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢的制造方法，该方法步骤简单、成本低，适合于工业化生产。为实现上述目的，本专利技术提供一种上述600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢的制造方法，它依次包括以下步骤：连铸、铸坯加热、热轧、冷却卷取，其特征在于：1)所述连铸阶段中，连铸拉速0.5m/min～10.0m/min，浇铸过热度15～30℃；2)所述铸坯加热阶段中，板坯加热速率为5℃/min～50℃/min，板坯出炉温度为1180～1300℃，加热时间为30min～200min；3)所述热轧阶段中，热轧压缩比≥90％，热轧终轧温度为860～950℃；4)所述冷却卷取阶段中，带钢冷却速率≥20℃/s，卷取温度为580～680℃。优选的，所述步骤1)中采用厚板坯连铸，厚板坯先冷却，然后进入加热炉进行铸坯加热，所述厚板坯先冷却过程中，冷却速率≤50℃/min，所述进入加热炉进行铸坯加热时，板坯入炉温度≥200℃，加热速率≤20℃/min。更优选的，所述步骤1)中所述厚板坯采用保温罩进行缓冷。优选的，所述步骤2)中板坯出炉温度为1200～1250℃。优选的，所述步骤3)中热轧终轧温度为860～920℃。优选的，所述步骤3)中热轧后的带钢组织中铁素体体积分数不低于99％。优选的，所述步骤4)中带钢冷却速率≥30℃/s。优选的，所述步骤4)中带钢的冷却方式包括前段冷却、两段冷却和多段冷却中的一种或几种。更优选采用前段冷却的冷却方式。采用上述工艺的理由在于：连铸阶段时，拉速控制在0.5m/min～10.0m/min，过热度控制在15～30℃可有效减少铸坯中心偏析、疏松以及铸坯表面裂纹的产生，铸坯加热阶段中，由于钢中加入大量的Al提高了钢材的热膨胀系数，加入速率过高，容易引起连铸坯因内应力过大而产生开裂，加入速率过低，加热时间过长，引起表面脱碳严重，钢中晶粒粗大，降低钢材的韧性。因此本专利技术加热速率为5～50℃/min。同时，本专利技术中出炉温度在1180～1300℃，这是由于钢中含有合金元素Nb，加热温度低时，板坯冷却过程中形成的碳氮化物难以固溶，降低其细晶强化和固溶强化效果。另外板坯出炉温度过低，变形抗力增加，难以轧制，且容易产生边本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢，其特征在于：它的化学成分按质量百分数计为：C:0.05％～0.20％，Mn:0.50％～2.00％，Si:0.05～0.50％；Al:3.0～8.0％，Nb:0.02～0.10％，P≤0.015％，S≤0.010％，N≤0.008％，Ca:0.0001‑0.0050％，其余为Fe及不可避免的杂质。
【技术特征摘要】
1.一种600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢，其特征在于：它的化学成分按质量百分数计为：C:0.05％～0.20％，Mn:0.50％～2.00％，Si:0.05～0.50％；Al:3.0～8.0％，Nb:0.02～0.10％，P≤0.015％，S≤0.010％，N≤0.008％，Ca:0.0001-0.0050％，其余为Fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢，其特征在于：所述轻质钢中的C、Al、Mn、Nb的质量百分数满足0.10≤(15C+0.5Mn)/(Al+10Nb)≤0.40，Mn/Al≤0.25。3.一种制造权利要求1或2中任一项所述600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢的方法，它依次包括以下步骤：连铸、铸坯加热、热轧、冷却卷取，其特征在于：1)所述连铸阶段中，连铸拉速0.5m/min～10.0m/min，浇铸过热度15～30℃；2)所述铸坯加热阶段中，板坯加热速率为5℃/min～50℃/min，板坯出炉温度为1180～1300℃，加热时间为30min～200min；3)所述热轧阶段中，热轧压缩比≥90％，热轧终轧温度为860～950℃；4)所述冷却卷取阶段中，带钢冷却速率≥20℃/s，卷取温度为580～680℃。4.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭文，韩斌，黄全伟，张剑君，沈继胜，孙宜强，朱万军，刘继雄，
申请(专利权)人：武汉钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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